产5000吨盐酸合成工艺设计毕业设计.doc

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1、沈阳化工大学科亚学院本 科 毕 业 论 文题 目： 年产5000吨盐酸合成工艺设计 院 系： 化工与制药系 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化工0901班 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 2013年 6月13日论文答辩日期： 2013年6月 23日毕业设计（论文）任务书化学工程与工艺专业 0901班学生：毕业设计（论文）题目：年产5000吨盐酸合成工艺设计 毕业设计（论文）内容：1.文献综述 2.物料衡算、热量衡算、主要设备的工艺尺寸计算 毕业设计（论文）内容：3.绘制工艺流程图 毕业设计（论文）专题部分： 起止时间：2013年4月- 2013年6月指导教师： 签字 年 月 日教研

2、主任： 签字 年 月 日学院院长： 签字 年 月 日摘 要在国民经济各部门中，盐酸的用途很广，它是重要的无机化工原料，广泛用于染料、医药、食品、印染、皮革、冶金等行业。随着各国的技术更新，世界化工趋向大型化、连续化、自动化、经济化方向发展，技术日新月异，工艺不断更新。盐酸作为化学工业的主要产品和合成原料，做好盐酸装置的研究和改进就显得尤为重要。 本设计为年产5000吨盐酸合成工艺设计，分析了现有装置的优点和存在的问题。针对这些问题，结合课题需求，对现有的生产工艺进行了改进处理，设计了盐酸装置的生产工艺，完成了盐酸生产后期的三段吸收塔的设计，这些设计在一定程度上克服了现有工艺的缺陷。本次设计主要

3、内容有三个：一是对盐酸合成的整个过程进行了物料衡算、热量衡算，二是对合成炉进行了设备尺寸计算和降膜吸收塔换热面积计算，最后绘制了工艺流程图。设计主要研究对象为氯化氢吸收装置,由于氯化氢溶于水放出大量的热，且生成的盐酸腐蚀性很强，故选用石墨做材质，其耐热性能和耐腐蚀性能均很好，吸收塔选用石墨降膜吸收器。关键词：氯化氢；盐酸；合成工艺； AbstractIn all sectors of the national economy, a wide use of hydrochloric acid, which is an important inorganic chemical materials,

4、 widely used in dyes, pharmaceutical, food, textile, leather, metallurgy and other industries. As countries of technical updates, chemical trends in the world of large scale, continuous, automated, economic development, technology advances, the process of continuous updating. As raw material for che

5、mical products and synthetic hydrochloric acid, hydrochloric research and improvement is especially important.This design to produce 5,000 tonnes of hydrochloric acid synthesis process design, analysis of existing installations of advantages and problems. To address these issues, combined with the t

6、opic needs, improved handling of existing production, design, production of hydrochloric, completing three absorption column design in the late production of hydrochloric acid, which to some extent, overcome the defects of the existing process.This design there are three main elements: one is the ma

7、terial balance the process of hydrochloric acid synthesis, thermal balance, the second is the synthesizer was equipment sizing calculations and calculation of heat transfer of falling film absorber area, finally drawing a flow chart.Design study for the hydrogen chloride absorption device, due to th

8、e hydrogen chloride dissolves in water, emit a lot of heat, and the resulting corrosive hydrochloric acid is very strong, graphite material selection, its heat resistance and corrosion resistance are very good selection graphite falling film absorber absorber.Key words: Hydrogen chloride;hydrochlori

9、c acid; synthesis process; 目录引言1第一章 文献综述21.1 盐酸的国内外发展形势21.2盐酸的性质和用途21.2.1 盐酸的性质21.2.2盐酸的用途31.3氯化氢及盐酸工业发展41.4 盐酸的制取41.5盐酸合成基本原理51.6盐酸的生产技术61.7盐酸的技术规程71.7.1范围71.7.2规范性引用文件71.7.3产品说明7第二章 工艺流程102.1工艺介绍102.1.1合成段工艺方法介绍102.1.2吸收段工艺方法介绍102.2工艺设备介绍102.3工艺流程设计122.3.1氯化氢合成工段介绍122.3.2氯化氢吸收工段介绍12第三章 物料衡算133.1基础

10、数据及条件133.1.1生产要求133.1.2简单流程示意图133.1.3原料组成143.2合成炉物料衡算143.2.1原料比的确定143.2.2原料气体的计算143.3一段降膜式吸收塔物料衡算173.3.1生产要求173.3.2一段塔物料衡算173.4二段降膜式吸收塔物料衡算183.4.1生产要求183.4.2二段塔物料衡算183.5尾部填料式吸收塔物料衡算193.5.1生产要求193.5.2三段塔物料衡算193.6吸收剂的用量计算203.7盐酸产品质量核算验证203.7.1盐酸浓度计算203.7.2成品酸质量核验20第四章 能量衡算214.1能量衡算采用的计算方法214.2合成炉能量衡算2

11、14.2.1基础数据及条件214.2.2进口气体能量计算214.2.3进口气体总能量234.2.4出口气体能量计算234.2.5出口气体总能量计算244.2.6合成炉能量衡算244.3一段降膜吸收塔能量衡算244.3.1基础数据及条件244.3.2一段塔进口能量计算254.3.3一段塔进口总能量计算264.3.4一段塔出口能量计算264.3.5一段塔出口总能量计算274.3.6一段塔能量衡算274.3.7稀酸的能量计算274.3.8溶解热计算284.3.9一段塔能量衡算284.3.10冷却水用量计算284.4二段降膜吸收塔能量衡算294.4.1基础数据及条件294.4.2二段塔进口能量计算29

12、4.4.3二段塔进口总能量计算304.4.4二段塔出口能量计算304.4.5二段塔出口总能量计算314.4.6二段塔进出口能量计算314.4.7 稀酸的能量计算314.4.8 溶解热324.4.9 二段塔能量衡算324.4.10出口温度324.5三段填料吸收塔能量衡算324.5.1基础条件324.5.2 尾部塔进口能量计算334.5.3尾部塔进口总能量计算344.5.4尾部塔出口能量计算344.5.5稀酸能量计算354.5.6溶解热354.5.7尾部塔能量衡算35第五章 设备计算365.1合成炉设备工艺计算365.1.1合成炉塔径计算365.2.2合成炉塔高计算365.2换热面积计算37第六章

13、 非工艺部分设计396.1原盐酸生产工艺396.2改进盐酸尾部酸水处理396.2.1工艺原理396.2.2改进后效益406.3结论40参考文献41致谢42引言盐酸是重要的基本化工原料，应用十分广泛在无机化工、有机化工、石油化工、海洋化工中均有很大用途，而且在生活方面也有用途。例如主要用于生产各种氯化物；在湿法治金中提取各种稀有金属；在有机合成、纺织漂染、石油加工、制革造纸、电镀熔焊、金属酸洗中是常用酸；在有机药物生产中，制普鲁卡因、盐酸硫胺、葡萄糖等不可缺少；在制取动物胶、各种染料时也有用处；在食品工业中用于制味精和化学酱油；医生还直接让胃酸不足的病人服用极稀的盐酸治疗消化不良；在科学研究、化

14、学实验中它是最常用的化学试剂之一。因此，盐酸的制法工艺具有十分重要的意义。 氯气与氢气在弱光照射或低温常压下反应速度很慢，在加热或明亮的光照下或触媒存在下，才会迅速反应生成氯化氢。在工业生产中采用加热来使氢气氯气发生反应，在反应过程中，氯化氢气体生产和吸收是关键，最大限度确保产品酸的质量。本设计是为了设计出适合年产5000吨盐酸所需要的合成炉、三段式吸收塔。第一章 文献综述 1.1 盐酸的国内外发展形势 在我国的“三酸两碱”生产中，盐酸是生产工艺变化较大的一种。1949年，我国盐酸产量仅0.3万吨，全部采用合成法生产，其应用领域也极其单一，主要用作化学试剂及食品等很少几个领域1。 盐酸是重要的

15、无机化工原料，广泛用于染料、医药、食品、印染、皮革、冶金等行业。随着经济的不断发展，各个行业对盐酸的需求在持续增长2。改革开放后，随着我国氯碱工业和盐酸下游行业的迅猛发展，为我国的盐酸工业提供了良好的发展环境和空间，在化工生产方面，除氯碱行业外，化肥、农药、聚酯等行业作为副产盐酸的新生力量发展迅猛。在消费领域，随着有机合成工业的发展，盐酸的应用领域也获得了极大开拓，用途更加广泛，制药、矿石选矿处理、化工、饲料添加剂、净水剂、稀土等下游行业对盐酸的需求量增长迅猛。1986年，我国盐酸产量首次通过200万吨大关，1993年突破300万吨大关，2000年达到442.11万吨，2006年达到730.5

16、8万吨，规模递增的速度越来越快。尤其值得一提的是，1990年我国262.3万吨的盐酸总产量中，副产盐酸已占到142.65万吨，首次超过合成法盐酸，表明盐酸产品结构和技术水平有了质的跨越。经过60多年的发展，我国盐酸工业日益发展并跻身世界盐酸生产大国行列。与此同时，盐酸的产品结构、生产技术水平也有了突飞猛进的进步。随着我国氯碱工业和盐酸下游行业的迅速发展，为我国的盐酸工业提供了良好的发展环境和空间，我国盐酸生产和消费持续保持较快的发展势头1。1.2盐酸的性质和用途1.2.1 盐酸的性质盐酸，学名氢氯酸，是氯化氢的水溶液，无色或微黄色易挥发性液体，有刺激性气味是一元酸，可以看做是酸类化合物，有氯化

17、氢的刺激气味、有毒、有强腐蚀性，逸出的氯化氢遇潮湿空气生成白色酸雾发生“发烟”现象。工业盐酸因含铁盐等杂质，因而呈黄色，其相对密度1.20。氯化氢，在某些火山喷出的气体中曾大量发现，有时候燃烧某些含氯元素的塑料（聚氯乙烯），也能产生该气体。盐酸具有酸的通性，为一种强酸，能与排在氢前面的金属发生反应生成氢气和金属盐，能与碱及碱性氧化物反应生成金属盐和水2。1.2.2盐酸的用途盐酸是一种重要的工业原料，在国民经济中很多部门的生产需要用盐酸，但不如硫酸、硝酸和磷酸广泛。因为盐酸没有硫酸的吸水性，也没有硝酸的氧化作用3。人体用途：人类和其他动物的胃壁上有一种特殊的腺体，能把吃下去的食盐变成盐酸。盐酸是

18、胃液的一种成分（浓度约为0.5），它能使胃液保持激活胃蛋白酶所需要的最适合的PH值，它还能使食盐中的蛋白质变性而易于水解，以及杀死随食物进入胃里的细菌的作用。此外，盐酸进入小肠后，可促进胰液、肠液的分泌以及胆汁的分泌和排放，酸性环境还有助于小肠内铁和钙的吸收。日常用途3：制取洁厕灵、除锈剂等产品。工业用于稀有金属的湿法冶金 3：冶炼钨时，先将白钨矿（钨酸钙矿）与碳酸钠混合，在空气中焙烧（800-900）生成钨酸钠将烧结块浸在90的水中，使钨酸钠溶解，并加盐酸酸化，将沉淀下来的钨酸滤出后，再经灼热，生成氧化钨。 漂染工业3：例如，棉布漂白后的酸洗，棉布丝光处理后残留碱的中和，都要用盐酸。在印染过

19、程中，有些染料不溶于水，需用盐酸处理，使成可溶性的盐酸盐，才能应用。金属加工3：例如，钢铁制件的镀前处理，先用烧碱溶液洗涤以除去油污，再用盐酸浸泡；在金属焊接之前，需在焊口涂上一点盐酸等等，都是利用盐酸能溶解金属氧化物这一性质，以去掉锈。这样，才能在金属表面镀得牢，焊得牢。食品工业3：例如，制化学酱油时，将蒸煮过的豆饼等原料浸泡在含有一定量盐酸的溶液中，保持一定温度，盐酸具有催化作用，能促使其中复杂的蛋白质进行水解，经过一定的时间，就生成具有鲜味的氨基酸，再用苛性钠（或用纯碱）中和，即得氨基酸钠。制造味精的原理与此差不多。1.3氯化氢及盐酸工业发展 15世纪意大利的手稿中记载如何制成盐酸，但这

20、种水溶液在此前就为炼金术师所使用，那是将食盐和硫酸铁共同蒸馏发生的气体溶解于水而成。1650年前后Glauder开发用硫酸分解食盐的制法。1772年Priestley最先捕集到氯化氢气体制得纯盐酸并试验其性质。1810年Davy证明其为氯和氢的化合物1。 1791年法国的科学家获得路布兰制碱法的专利，拥有日产250-300kg的工厂。该法用硫酸钠、石灰石制造纯碱。但欧洲缺乏天然的硫酸钠矿，因此用硫酸和食盐为原料制造硫酸钠并副产盐酸。由于法国革命，工厂在1793年关闭。爱尔兰人趁英国政府取消重盐税之机会采用路布兰法于1823年在英国设厂。开始时副产的氯化氢气体用150m高的烟囱排放空中，但因其相

21、对密度较大，已构成雾幕下降，对植物造成严重损害。1836年采用焦炭为填料的洗涤塔用水吸收此气体以减少工厂对周围的影响。1863年英国政府颁布了世界上第一个有关环境保护法的碱工业法令，限各工厂必须将产生的氯化氢气体回收95%以上，并规定排出气体中氯化氢含量不得超过0.454g/m3。 自1895年食盐溶液电解法制氯和烧碱工业化以来，盐酸可以用电解产生的氯和氢直接合成。第一次世界大战后各国纷纷调整其工业结构。1923年英国最后一个路布兰制碱法的工厂关闭，盐酸的生产逐渐为直接合成法所代替。第二次世界大战以后，石油化工和塑料等聚合物工业的迅速发展，使氯化氢和盐酸生产路线又起了变化。总的来说，副产氯化氢

22、和盐酸产量比重增大，而合成盐酸的比重下降。从70年代后期以来，由于大气臭氧层遭到日益严重的破坏，根源就是氟氯烃，越来越多的国家对氟氯烃产品的生产陆续加以限制，副产氯化氢产量的比例持续下降，而合成氯化氢的产量则有所上升。1.4 盐酸的制取工业上制取盐酸时，首先在反应器中将氢气点燃，然后通入氯气进行反应，制得氯化氢气体。氯化氢气体冷却后被水吸收生成盐酸2。合成氯化氢气的反应如下：这个反应是在高温和光线作用下进行的，所以实际上可以说是氢气在氯气中均衡的燃烧，当生成氯化氢时，有大量的热能发生。在氯气与氢气的反应过程中，有毒的氯气被过量的氢气所包围，使氯气得到充分反应，减少了对空气的污染问题。在生产上，

23、往往采用使另一种原料过量的方法使有害的、价格较昂贵的原料充分反应。然后用水吸收生成的氯化氢气体，其中的氯化氢是在合成塔里合成的。1.5盐酸合成基本原理机理分析：氯气与氢气在无光照射或光线很弱、低温、常压下，其反应速度很慢，只有在加热氯氢混合气体，或在明亮的光线照射下及触煤的影响作用下，才能迅速的化合，甚至产生爆炸性的化合。其反应为链锁反应。反应式如下5：链的引发：在合成氯化氢的生产过程中，氯与氢在受光线的作用以后，首先，氯分子吸收光量子而被解离成为两个活化的氯原子。 链传递：活化的氯原于(C1)再与氢分子作用生成一个氯化氢分子和一个活性氢原子(H)，这个活化的氢原子又与一个氯分子作用，生成一个

24、氯化氢分子和一个活性的氯原于。如此继续下去则构成一个链锁性的反应。即： 如此下去则光线的一个光量子可使大量分子迅速化合。链的终止：当在链锁反应过程中，如果有外来因素与C1和H化合，则反应即被破坏而使活性消失，活性消失的具体条件是：在原料气带入的氧气的存在下可燃破坏H的活性而使链锁反应中断，如：在反应过程中出于元素的自身结合也可以使链终止。如：在反应过程中由于活性氢原子成活性氯原子与设备内壁碰撞也有时会产生链的终止。但是总起来说，这些反应的可能性都是很小的，因为氯和氢的原于的浓度与分子浓度相比是极其微小的。1.6盐酸的生产技术 工业上盐酸的合成方法有直接合成法、副产回收法等，所谓直接合成法就是将

25、氢气和氯气在燃烧喷嘴处混合，在反应生成的火焰中完成氯化氢的合成反应；副产回收法就是生产各种有机化合物中的副产物进行回收得到。自1772年由Priesly最先搜集到氯气和氢气制得纯盐酸并试验其性质至今有230多年的历史了。在我国生产盐酸也有近70年的历史了，盐酸的生产一般都包括气体的产生、冷却、吸收。盐酸工业的生产工艺主要有合成法和副产法。随着有机合成工业的迅速发展，综合利用有机化合物在氯化过程中大量产生的氯化氢气体，用来生产副产品盐酸成为大势所趋。从上世纪50年代开始，在工业发达国家中，副产品盐酸的产量已经超过合成法生产的盐酸，时至今日副产盐酸依然是盐酸工业中性价比和资源利用效率最高的工艺路线

26、。从我国目前的生产工艺看，主要由以下几种： 铁炉合成、风冷、水冷、石墨冷、绝热吸收、膜式吸收。 石墨炉合成、水冷、风冷、绝热吸收、膜式吸收。 合成、冷却、吸收为一体的“三合一”炉生产，该工艺最为先进。近年来，我国多数厂家均走过了铁炉、水冷、风冷、石墨冷、绝热吸收或膜式吸收，近而改为“三合一”生产工艺。当然也有正在使用铁炉生产氯化氢气体，采用风冷、水冷、石墨冷却氯化氢气体供生产用，并且将在我国持续相当长一段时间。“三合一”炉生产盐酸，自投运以来，由于存在诸多因素防腐材料及技术不过关，真正坚持下来，并且发挥作用的生产厂家极少。设备生产厂也举步维艰。但由于其工艺结构紧凑，占地面积小，生产弹性大等诸多

27、优点。在经历了年代到年代中期的低潮后，终于被广大氯碱厂所重视。1.7盐酸的技术规程1.7.1范围据国标规定了盐酸中原料和中间产品规格，各生产工序流程和工艺控制指标，安全生产原则及主要设备结构，产品的用途和生产能力等技术要求。据国标适用于以氢气、氯气为原料合成氯化氢，经水吸收生产工业用合成盐酸、食品盐酸，以及重合副产盐酸气用水吸收生产副产盐酸的工艺标准。1.7.2规范性引用文件GB3202006合成盐酸5GB18972008食品添加剂盐酸1.7.3产品说明产品名称盐酸亦称氢氯酸产品性质 物理性质6盐酸是无色或淡黄色的液体，有氯化氢的刺激性气味，有毒有腐蚀性，浓盐酸在潮湿空气中因挥发出氯化氢而产生

28、“发烟”现象，工业盐酸由于含铁盐杂质，因而成淡黄色，盐酸是一种挥发性酸，也是极强的无机酸。盐酸的密度随浓度增加而上升，随温度的增加而降低，20时 31%盐酸密度为1.154g/cm3。盐酸是恒沸点液体，而恒沸点组成与恒沸点温度却随压力不同稍改变。表1.1 恒沸点组成与恒沸点温度随压力变化表压力kPa0.133700740760800恒沸点106.424107.819108.584110.584组成HCl%20.3620.26820.22220.155 化学性盐酸易与许多金属发生反应生成氢气，可跟金属氧化物发生反应生成盐和水，可与碱反应生成盐和水。产品规格合成盐酸应符合表1.2要求，食品添加剂盐

29、酸应符合表1.3要求。表1.2合成盐酸的要求指标名称优级品一级品合格品总酸度（以HCl%计）313131硫酸盐（以SO4%计）0.0050.03灼烧残渣，%，0.080.10.15氯化物（以Cl%计）0.0050.0080.01表1.3 食品添加剂盐酸的要求项 目指 标总酸度（以HCl%计）31硫酸盐（以SO4%计）0.007还原物（以SO4）0.007砷，%，0.0005重金属（以Pb%计）0.0001主要指标测定方法GB3202006 工业用合成盐酸产品性能与用途 金属酸洗，在拉管，抽丝，电镀，油漆，镀锡等进一步加工前，必须将氧化铁皮以酸洗方法清除干净。 石油井的酸化，许多油田是石灰岩和砂

30、石岩组成。这些地下组织的渗透率比较低，在采油过程中可以利用盐酸能和这些岩石起化学反应的性质，把盐酸注入油井的地下岩结构中，使岩层产生裂缝，以贯通油层之间的间隔，将油汇集在一起，提高油的流动性和渗透性，从而提高油井的采油率。 矿产品的加工。 无机物的制造。 烯烃、炔烃等不饱和烃的加成反应。 烃类的氧氯化反应。 其他用途，用于染料工业、制革工业、印染工业及食品、医药工业等。 产品包装、运输及贮存 产品检验方法 合成盐酸按GB320执行。 副产盐酸按Q/SHGJ02117执行。 产品盐酸按GB1897执行。 产品包装储运成品进入盐酸储罐，根据包装容器的具体情况，开动酸泵，直接装入火车槽车或者汽车槽车

31、，运往厂外，也可用酸泵打至高位槽供厂内生产使用。第二章 工艺流程2.1工艺介绍2.1.1合成段工艺方法介绍盐酸的生产主要有两种方式，一种是直接合成法，另一种是无机或有机产品生产的副产品。而我们氯化氢工段采用的是电解产品氯气和氢气直接合成盐酸的。 以氯气和氢气为原料在合成炉底部燃烧器燃烧，并控制氢气与氯气的摩尔比为1.05:11.1:1，其中氯气进入合成炉内，与氢气混合燃烧。因原料气中含有氧气，此时氢气也会与氧气发生燃烧反应，合成炉内燃烧方程式如下： 主反应：H2+Cl2=2HCl H=92.31kJ/mol 副反应：2H2+O2=2H2O H=241.82kJ/mol2.1.2吸收段工艺方法介

32、绍吸收氯化氢气体一般采用石墨降膜吸收器。其工艺特点为：水和氯化氢气体顺流从上而下水吸收效果较好。吸收塔的材质是石墨，其防腐效果与传热效果均较好，其结构大体上分为两种：一种是列管式；另一种是圆块孔式。冷却水走管间，以便带走氯化氢的溶解热并有强化吸收效果的作用7。2.2工艺设备介绍制造盐酸的主要设备是合成炉和吸收塔。合成炉是其中关键的设备，它的材料形式有很多种。在很早以前，有用石英管组成的合成炉，由于价格高、生产能力低，早已被淘汰。目前许多工厂，仍在采用着钢制合成炉。随着我国石墨设备制造技术的发展，在盐酸生产中，广泛采用了石墨设备，如水冷合成炉、降膜式吸收塔、盐酸再沸器等，由于石墨耐腐蚀耐高温、传

33、热效率比钢制高三倍，所以是很理想的生产盐酸的材料2。当用水吸收氯化氢时，会放出大量热，会使盐酸温度升高，不利于对氯化氢气体的吸收。因为当氯化氢气体浓度一定时，如果溶液温度越高，氯化氢气体的溶解度就越低，也就是说制得的盐酸浓度越低。反之则制得的盐酸浓度越高。因此在生产时就要想办法把生产的大量热移去，很早以前是采用很多串联陶瓷管进行冷却吸收，近来则用石墨设备冷却吸收。近几年来，有些工厂合成方面采用石墨制合成炉，它可以使用湿氯气进行生产。设备体积小、生产效率高。石墨作喷淋式合成炉，在炉顶有冷却水喷淋装置，在炉体外壁造成均匀的水膜，以带走设备内部反应热。提高生产能力，冷却水由炉外顶的水分配盘。通过锯齿

34、形边缘，均匀的溢流到炉外壁，自上而下喷淋下来，废水有底部圆盘收集后排出。降膜式吸收塔，为石墨制吸收设备这种设备吸收率很高可达99%以上。塔身有两部分组成，一是填充段一是石墨吸收器。列管式壳体为碳钢，列管和上下管板均为不透性石墨制成上下封头为钢衬胶。在上管板上还粘有吸收液分配头，这是上面开有斜槽的石墨短管。这种分配头安装的好坏及吸收器总体安装的垂直度，对于吸收液在管内成膜是否均匀、吸收效率的高低至关重要。只有分配头安装得一样高、一样正才能使各石墨管内有均匀的液膜。列管式吸收器的优点是： (1) 结构简单制造方便。 (2) 石墨材料利用率高，单位换热面积的造价低于块孔式。(3) 流体阻力小、维护检

35、修、清洗方便。它的缺点是： (1) 其压型石墨管在运输和安装过程中极易损坏，此时只好把损坏了的管子堵死，随着漏管的增多传质、换热面积会越来越小。(2) 允许使用的温度较低，由于石墨管、管板和胶粘剂的膨胀系数不一样，温度、压力发生变化，粘接缝很容易损坏,造成泄漏7。本设计年产5000吨盐酸合成工艺设计中采用石墨喷淋式合成炉与两个列管降膜式吸收塔和一个填料式吸收塔串联起来。起到最大化的将氯化氢气体吸收并成为成所需要的成品酸。2.3工艺流程设计2.3.1氯化氢合成工段介绍由电解饱和食盐水产生的氯气和氢气沿管道分别经过阻火器、控制阀进入合成炉。盐酸气沿管道经控制阀、流量计、燃烧器进入合成炉，燃烧器是以

36、三支不同直径钢制同心套管组成，装于圆台形石墨合成炉底部，燃烧器最外层通盐酸气，中间通氢气，内层通氯气。氢氯燃烧化合采取氢气过量，以确保氯气充分反应，并在燃烧器出口合成炉内进行，在反应生成的火焰中完成生成氯化氢的反应，火焰最高为1400。合成的氯化氢和经燃烧处理的氯化氢经合成炉炉壁散热，出合成炉气体温度在400500左右，由炉顶出口进入散热器，采用空气自然冷却。2.3.2氯化氢吸收工段介绍具体做法是选择了“ 两台降膜式吸收塔和一台填料塔串联” 的吸收工艺对原来三台填料塔吸收工艺进行了改造。今将其流程简述如下8：氯化氢： 经过空气冷却的氯化氢进入带有冷却的一段降膜吸收塔顶部，与二段吸收塔流出的稀酸

37、在管内并流向下流动吸收，制得的成品酸由底部流出，经过液封分别进入酸储罐。在一段吸收塔不能吸收的气体与少量未吸收的氯化氢由膜式塔底部排出，经过上升管引至二段膜式吸收塔顶部，与尾部吸收塔流出的稀酸在管内并流向下流动吸收，制得的稀酸由底部流出进入一段吸收塔顶部。在二段吸收塔不能吸收的气体与少量未吸收的氯化氢气体由塔底部排出经上升管引至尾部填料吸收塔底部进入，在尾部填料吸收塔内与顶部加入的注加水接触，呈逆流吸收，不能吸收的气体由尾部填料塔顶部经气液分离器分离后，由尾部填料塔顶部排空，分离出的盐酸流回尾部塔，生成的稀酸经液封管流入二段塔塔顶。吸收剂：清水从尾部填料塔顶部加入吸收氯化氢气体后成低浓度酸液流

38、入二段， 在二段吸收氯化氢后返回一段，在一段得成品酸。吸收形式：一段并流，二段并流，三段填料塔逆流。第三章 物料衡算3.1基础数据及条件3.1.1生产要求产量：5000吨/年生产时间：300天 （24小时/天）成品酸：31%以上储存及包装损失：0.1%腐蚀损失：0.05%一段膜式吸收塔吸收率：50%二段膜式吸收塔吸收率：45%三段填料吸收塔吸收率：5%3.1.2简单流程示意图三段塔见图1 HCl(g) HCl(g) 二段塔 HCl(g)一段塔 合成炉 Cl2 HCl(l) HCl(l) HCl(l) H2储罐图1盐酸生产工艺简单流程示意图 3.1.3原料组成表3.1氯气原料组成（干基）名称Cl

39、2H2COO2N2CO2含量95%0.30%0.03%0.50%3.72%0.45% 表3.2氢气原料组成（干基）名称Cl2H2COO2N2CO2含量098%00.40%1.60%0注： H2O（g）重量百分含量0.5% H2O（g）含量按与所在地大气压平衡水蒸汽分压计算3.2合成炉物料衡算3.2.1原料比的确定根据化学反应方程式 Cl2+H22HCl可知，为确定反应过程中氯气完全反应，实际生产中控制H2过量，取Cl2：H2=1:1.063.2.2原料气体的计算 出炉HCl的量 满足生产任务需要Cl2的量 进合成炉H2的量原料H2 中带入：原料Cl2带入：需要H2的总量： 进合成炉CO2的量

40、进合成炉CO的量 进合成炉O2的量原料Cl2带入量:原料H2带入量：O2总量： 进合成炉N2的量 原料Cl2带入量： 原料H2带入量： N2总量： 进合成炉H2O(g)的量Cl2带入H2O(g)的量 设带入量为akmol/h: H2带入H2O(g)量注：H2进合成炉进口压力为250mmHg；合成炉进口温度30查水和蒸汽表得30 设H2带入量为bkmol/h 进合成炉H2O(g)总量： 合成炉中的物料计算 合成炉内发生如下反应： 主反应： 副反应： 说明：其他副反应因量很小，在工程计算上忽略不计合成炉内主反应物料计算：主反应： Cl2 + H2 = 2HCl开 始： 2.9534 3.4617

41、0反 应： 2.9534 2.9534 5.9069完 成： 0 0.5083 5.9069合成炉内副反应物料计算：副反应： O2 + H2 = H2O开 始： 0.0353 0.5083 0反 应： 0.0353 0.0706 0.0706完 成： 0 0.43277 0.0706表3.3进出合成炉物料数据表 成分进入量kmol/h进入量kg/h离开量kmol/h离开量kg/hHCl 005.9069215.6011Cl2 2.9534209.694200H23.46176.92340.43770.8754CO0.00240.06620.00240.0662CO20.02070.99330.02070.9933O20.03051.129600N20.29708.31460.29708.3146H2O(g)0.17983.23640.25044.50723.3一段降膜式吸收塔物料衡算3.3.1生产要求离开合成炉的气体组分经过空气的自然冷却进入一段吸收塔顶部，进入一段吸收塔内气体组分共8种，其中被吸收的有HCl.气体，水则完全用于溶解氯化氢气体所消耗。设计时控制进口温度是120，出口温度40。一段降膜式吸收塔吸收率为50%。3.3.2一段塔物料衡算一段